综述 盐水电解质的研究进展

背景介绍

电解质在储能设备中起着关键作用，在电场下通过离子的定向迁移形成电路。一般来说，电解质的性能，如电化学稳定电压窗口(ESW)、电导率、粘度、工作温度范围、化学稳定性、润湿性和安全性进一步影响了设备的整体性能及其应用场景。根据电解质的组成，它们可分为水电解质、有机电解质、离子液体(IL)电解质和固体或准固体电解质。在所有的电解质中，有机电解质通常表现出较宽的ESW，和令人满意的能量密度。

然而，有机电解质却面临着一些缺点，如泄漏、波动性、高成本和可燃性。此外，有机电解质的高粘度限制了储能设备的功率密度。相比之下，IL的不可燃性保证了在应用过程中的安全性。同样，由于IL的高粘度，含金属盐的IL电解质的缓慢离子迁移限制了储能设备的功率特性。更重要的是，IL的高成本和复杂的合成过程限制了其大规模的应用。与液体电解质相比，固态或准固态电解质能够使离子在非液相中运输，显著提高了储能设备的安全性。目前，固态或准固态电解质在电极/电解质界面的接触、大规模处理和离子传输速率方面仍存在一些问题。

水电解质具有电导率高、粘度低、不燃性好、毒性低、成本低、环境友好性好等优点，使水电解质得以研究热点。对于传统的水电解质，由于水的电化学分解电压(1.23V)的限制，它们表现出较窄的ESW。因此，通过抑制水分子的活性，可以扩大水电解质的ESW。研究人员提出了几种有效拓宽水电解质ESW的策略，即连接氧化还原活性添加剂、调整pH和提高浓度。

一种叫做“盐水(WIS)”的新型水电解质，使得水分子的氢还原反应和氧还原反应电位分别达到1.9V和4.9V。同时，WIS电解质也同样具有不燃性、毒性低、安全、环保等优点。经过近年来的发展，WIS电解质拓宽ESW的机制已被了解，优化后的WIS电解质溶液也成功应用于不同的高性能储能设备中。

图文解读

本文系统地阐明了最早提出的基于LiTFSI的WIS电解质的机理、性质和应用。随后，还讨论了WIS电解质中的离子和额外相调节，揭示了不同阳离子和阴离子对WIS电解质结构和性能的影响。分析了额外相对WIS电解质原始结构的影响。同时，总结了具有优良或附加性能的不同WIS电解质的研究进展。最后，介绍了WIS电解质研究的主要挑战、前景和发展。

原文链接：Design Strategies and Research Progress for Water-in-Salt Electrolytes

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.09.035